Ciencia para comprender el plegamiento de las proteínas

Las proteínas son una familia de biomoléculas que realizan un sinfín de funciones dentro de los organismos vivos, siendo uno de sus componentes más importantes. Desde el punto de vista biológico, las proteínas son una familia muy amplia: forman anticuerpos, que protegen de infecciones externas y son especialistas en atacar a los agentes invasores, además facilitan el correcto funcionamiento del metabolismo como es el caso de las vitaminas; también son los mensajeros entre distintas partes de los seres vivos asegurando su funcionamiento coordinado y transportan los materiales que las células necesitan para su funcionamiento, tanto nutrientes como sales.

Su importancia es aún mayor teniendo en cuenta que lo único que se transmite en el código genético de un ser vivo heredado de sus progenitores es el recetario de cómo elaborar las miles de proteínas que rigen su organismo, teniendo como resultado que generación tras generación, se trasmiten esas recetas que son las que permiten a los nuevos seres vivos desarrollarse. Es decir, lo que está escrito en el código genético es la secuencia que necesita el organismo para construir proteínas, heredando así el manual de instrucciones de cómo construir estas moléculas.

Las proteínas están constituidas de aminoácidos, que son los eslabones de las proteína y según cómo se ordenen y construya la cadena con ellos, se forma una proteína u otra. Tienen una estructura molecular que se origina al plegarse sobre sí mismas. «Cuando tu organismo ha leído su código genético y tras ser sintetizadas, las proteínas empiezan a plegarse sobre sí mismas sin que nadie se lo diga, adoptando una estructura tridimensional, haciendo una verdadera escultura molecular a partir de un solo hilo», cuenta Adolfo Bastida Pascual, catedrático de Química Física de la Universidad de Murcia, quien aclara la importancia de este hecho porque solo adoptando esta forma en el espacio podrán funcionar las proteínas. «Todas tienen una estructura que les es propia y cada una es diferente», matiza.

Este proceso por el cual las proteínas adoptan ciertas formas tridimensionales concretas, que es lo que se denomina su estructura nativa, a través del plegamiento es uno de los grandes enigmas científicos de la actualidad. Tan solo se ha podido predecir con cierta fiabilidad la forma que una proteína adoptará tras su plegamiento mediante el uso de potentes algoritmos y ordenadores, pero sigue sin conocerse cómo adoptan, entre miles de millones de formas distintas, la única que las hace activas.

Es por eso que Adolfo Bastida, junto a un grupo de investigación formado por otros dos profesores en activo como son José Zúñiga Román, catedrático de Química Física de la UMU, y Beatriz Miguel Hernández, catedrática de Ingeniería Química de la UPCT, se pusieron como objetivo ayudar a comprender el proceso de plegamiento, en concreto la formación de las denominadas hélices alpha, la estructura más extendida entre las proteínas y que se pueden visualizar como tirabuzones moleculares. Surgió así el 'Estudio teórico de los mecanismos energéticos de auto-plegamiento de hélices alfa en polipéptidos'.

«Comprender el plegamiento de las proteínas es un ingrediente fundamental del conocimiento de la vida misma. La naturaleza ha optado por construirnos a partir de moléculas que tienen estructuras espaciales concretas como si nuestros cuerpos fueran museos de esculturas moleculares cada una de ellas con una función concreta. Sin embargo, a veces se producen errores en la formación de las proteínas, bien porque el código genético se ha visto modificado por una mutación, o bien porque cambian de forma sin que realmente sepamos porqué. Si no comprendemos el proceso de plegamiento en profundidad difícilmente podremos poner remedio a los efectos que producen estas deficiencias y que causan multitud de enfermedades», señala el investigador.

Los seres vivos están constantemente sintetizando proteínas dependiendo de sus necesidades en cada momento. La mayor parte de las veces, las proteínas formadas adoptan su estructura espacial correcta, pero estos procesos no son infalibles y a veces una molécula se pliega de una forma incorrecta. «La consecuencia primera es que la molécula deja de ser funcional, es decir, que ya no cumple su misión metabólica. Esto no tendría mayor importancia si solo afecta a unas pocas moléculas. Pero a veces las moléculas plegadas incorrectamente adoptan un comportamiento tóxico y son capaces de facilitar la transformación de otras proteínas correctamente plegadas hacia sus formas erróneas», afirma Adolfo Bastida. Esto produce que cada vez aparecen más proteínas en su forma tóxica y se pueden convertir en mayoritarias, lo que tiene efectos devastadores sobre los organismos. Un ejemplo famoso es la conocida como la enfermedad de las vacas locas que en los seres humanos causa la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Pero hay más casos, como el alzhéimer y el párkinson, resultado también de la acumulación de proteínas incorrectamente plegadas.

Con este proyecto, el grupo de investigación ha ido obteniendo durante los últimos años resultados muy alentadores. Mediante extensas simulaciones realizadas en potentes clústeres de ordenadores y su análisis mediante técnicas desarrolladas por el grupo, han encontrado rutas energéticas y entrópicas que guían el proceso de plegamiento de las proteínas. Estas rutas resultan del sutil balance entre diversos factores y ofrecen una vía alternativa a todo lo conocido con anterioridad.

Tras la comprensión del proceso de plegamiento, el grupo pretende comenzar el camino para analizar en qué modo se puede alterar el proceso de plegamiento para la creación de nuevas moléculas con nuevas propiedades o impedir los procesos de plegamiento tóxicos que provocan enfermedades.

El proyecto cuenta con el respaldo de la Fundación Séneca dentro de las Ayudas a la realización de proyectos para el desarrollo de investigación científica y técnica por grupos competitivos del programa Generación de Conocimiento Científico de Excelencia, cuyo objetivo es el desarrollo de proyectos de investigación científica y técnica de carácter fundamental, aplicado, de desarrollo experimental o innovador, que favorezcan la generación de nuevo conocimiento capaz de representar un avance significativo en las distintas áreas científicas y técnicas, consolidar la actividad de los grupos de investigación, su proyección internacional y su capacidad de transferencia de conocimientos, así como a proporcionar respuesta a retos socio-económicos de los ciudadanos y potenciar la competitividad de las universidades y centros de investigación de la Región de Murcia. La cuantía ha sido de 18.400 euros, con una duración de tres años que finalizarán en septiembre de 2022.

Este respaldo, que califican como «esencial», ha hecho posible el proyecto de investigación. «Los profundos recortes presupuestarios en Investigación que las administraciones públicas vienen realizando de forma sistemática durante los últimos 10 años está suponiendo, en la práctica, que muchos grupos pequeños que desarrollamos una investigación de calidad pero sujeta a las limitaciones propias de nuestro tamaño y a los condicionantes socieconómicos de nuestro entorno, veamos como las posibilidades de poder obtener financiación son cada día menores. El apoyo de la Fundación Séneca a un proyecto de investigación básica en unos tiempos en que todo se pretende medir por la aplicación práctica inmediata de los descubrimientos científicos es, sin duda, especialmente loable y meritorio», destaca Bastida, quien resalta los tiempos que requiere la ciencia para obtener conocimiento y la necesidad de financiación a medio y largo plazo como hace la Fundación Séneca.

Hasta ahora, y con los resultados obtenidos, el proyecto ya asegura que tendrá ramificaciones que harán que los investigadores sigan ahondando en el tema por un tiempo. «Así somos los científicos, cuanto más aprendemos más queremos saber», concluye.

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